CN216830980U - 一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架，涉及厚板焊接、切割和开坡口技术领域，为解决在厚板焊接、切割和开坡口领域，之前零件下料尺寸差异过大直接限制和阻碍了机器人大批量应用的问题，所述机器人一端的传动臂上安装有工具支架，所述工具支架包括支架壳体和切割工具，所述支架壳体的内部设置有2D相机及镜头、激光线扫相机和环形光源，所述支架壳体的一端设置有紧固连接板和机器人连接法兰，工具支架通过紧固连接板和机器人连接法兰与机器人的传动臂适配连接，所述支架壳体的一侧外壁上设置有两个工具转接块，所述支架壳体的上端安装有支架壳盖。

Description

一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架

技术领域

本实用新型涉及厚板焊接、切割和开坡口技术领域，具体为一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架。

背景技术

目前随着机器视觉技术的成熟，各种视觉相机和应用策略逐步在实际智能制造场景中得到应用，特别针对多品种小批量、或多批次有差异的零件，越来越多地开始使用视觉设备替代传统复杂的机械工装来引导或修正机器人的示教或理论计算程序，使得机器人能够更为智能、自主地完成工艺过程，在厚板焊接、切割和开坡口领域，之前零件下料尺寸差异过大直接限制和阻碍了机器人地大批量应用，直到视觉产品地逐渐成熟才使得机器人得以根据实际零件状态，修正工艺过程轨迹来克服尺寸偏差及接缝不齐等引起的质量问题，满足了产品设计需求。

在厚板焊接、切割和开坡口领域，之前零件下料尺寸差异过大直接限制和阻碍了机器人大批量应用，为此，我们提供一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架，以解决上述背景技术中提出的在厚板焊接、切割和开坡口领域，之前零件下料尺寸差异过大直接限制和阻碍了机器人大批量应用的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架，包括工装台和机器人，所述机器人一端的传动臂上安装有工具支架，所述工具支架包括支架壳体和切割工具，所述支架壳体的内部设置有2D相机及镜头、激光线扫相机和环形光源，所述支架壳体的一端设置有紧固连接板和机器人连接法兰，工具支架通过紧固连接板和机器人连接法兰与机器人的传动臂适配连接，所述支架壳体的一侧外壁上设置有两个工具转接块，所述支架壳体的上端安装有支架壳盖，所述支架壳体远离机器人连接法兰的另一端设置有相机保护盖板和烟尘及飞溅挡板。

优选的，所述支架壳体的一侧外壁上设置有气缸安装座，所述气缸安装座上安装有扣合气缸，扣合气缸的输出端通过活动连接件与相机保护盖板活动连接。

优选的，所述工装台的上端设置有工件，工件位于工具支架的下方，所述工装台的外部设置有防护围栏，所述防护围栏的内部设置有控制器。

优选的，所述切割工具通过工具转接块与支架壳体呈固定角度安装，固定安装角度为0°、30°、45°和60°，所述切割工具的末端置于机器人的六轴中心线上。

优选的，所述2D相机及镜头的中心点在工具TCP坐标系YZ平面上，所述激光线扫相机的中心点在工具TCP坐标系YZ平面上，且激光线扫相机扫描线平行于TCP的X轴。

优选的，所述支架壳体与机器人连接法兰的连接位置上设置有燕尾槽导向，燕尾槽导向与支架壳体一体成型设置，所述机器人连接法兰通过内部的燕尾槽与支架壳体上的燕尾槽导向固定安装。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型在以往实际广泛的项目应用基础上，系统设计和规划了机器人末端工具上工艺工具和视觉设备的位置。并提出了可靠的保护方案避免恶劣环境对设备的损害。这种系统化规划是基于后期给予机器人视觉标定、视觉引导、理论编程免试教等应用提供便捷的基础上确立的。非常适合六关节机器人的实用场景。其不同于现有其他设备工具支架上无序或仅解决部分问题的设计方案，具备广泛性的实用价值，在厚板焊接、切割和开坡口领域，之前零件下料尺寸差异过大直接限制和阻碍了机器人大批量应用，直到视觉产品地逐渐成熟才使得机器人得以根据实际零件状态，修正工艺过程轨迹来克服尺寸偏差及接缝不齐等引起的质量问题，满足了产品设计需求。

2、通过本实用新型为一种可安装在多种机器人末端，可搭载不同工艺工具如焊枪、切割枪、涂胶枪等的集成视觉设备的工具支架。可以快速标准化布置并应用于机器人智能化产线中的弧焊、等离子切割、激光切割、开坡口、空间涂胶等工艺环节。视觉部分可用于为后期位置校准、免试教等新技术应用提供数据采集接口，例如2D相机可提供加工零件的种类和位姿判别，线扫相机提供实际工件工艺路径与理论或示教路径差异信息的提取，为后期路径修正提供高精度和高可靠性的数据采集，同时，应对工艺应用的特殊环境(如焊接烟尘、飞溅、强光等)，本实用新型集成了可靠的保护措施，防止工况环境对相机性能造成不良影响或破坏。

3、本实用新型结构紧凑，各部分的器件位置和放置实际是有一定关联和规范要求的，其目的在于简化视觉标定程序以及减小后期机器人路径规划时的坐标系转换矩阵的精度误差，同时确保对工艺轨迹的扫描路径与最终工艺路径基本在一定角度的约束姿态，最大程度减少两轨迹间的变化，减少后期免试教程序路径的编程复杂度，方便机器人姿态的合理性和可达性验证。

4、2D视觉的引入为后期精确判别定位及提高抓取稳定性提供扩展和依据。同时亦可通过其进行对前序切割的检查：诸如是否按照指令切割成功，是否有切割损坏、轨迹错误、切割不完全等。提供数据采集接口，此抓手除了可以作为工业机器人的抓取分拣应用的端部工具，也可用于传统桁架机的端部工具。同时，也可运用于后续工艺机器人上料端的场合，如：取料后精定位组装、焊接、涂胶等的自动上料。

附图说明

图1为本实用新型的机器人工具支架整体结构拆分示意图；

图2为本实用新型的机器人工具支架整体结构组合示意图；

图3为本实用新型的机器人工具支架结构剖面图；

图4为本实用新型的机器人工具支架结构侧视图；

图5为本实用新型使用机器人工具支架的切割工作站结构示意图；

图中：1、支架壳体；2、支架壳盖；3、2D相机及镜头；4、激光线扫相机；5、环形光源；6、相机保护盖板；7、烟尘及飞溅挡板；8、切割工具；9、工具转接块；10、紧固连接板；11、机器人连接法兰；12、气缸安装座；13、扣合气缸；14、燕尾槽导向；15、工具支架；16、工装台； 17、工件；18、防护围栏；19、机器人；20、控制器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1-5，本实用新型提供的一种实施例：一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架，包括工装台16和机器人19，机器人19一端的传动臂上安装有工具支架15，工具支架15包括支架壳体1和切割工具8，支架壳体1的内部设置有2D相机及镜头3、激光线扫相机4和环形光源5，支架壳体1的一端设置有紧固连接板10和机器人连接法兰11，工具支架 15通过紧固连接板10和机器人连接法兰11与机器人19的传动臂适配连接，支架壳体1的一侧外壁上设置有两个工具转接块9，支架壳体1的上端安装有支架壳盖2，支架壳体1远离机器人连接法兰11的另一端设置有相机保护盖板6和烟尘及飞溅挡板7。

进一步，支架壳体1的一侧外壁上设置有气缸安装座12，气缸安装座12上安装有扣合气缸13，扣合气缸13的输出端通过活动连接件与相机保护盖板6活动连接。

进一步，工装台16的上端设置有工件17，工件17位于工具支架15 的下方，工装台16的外部设置有防护围栏18，防护围栏18的内部设置有控制器20。

进一步，切割工具8通过工具转接块9与支架壳体1呈固定角度安装，固定安装角度为0°、30°、45°和60°，切割工具8的末端置于机器人 19的六轴中心线上。

进一步，2D相机及镜头3的中心点在工具TCP坐标系YZ平面上，激光线扫相机4的中心点在工具TCP坐标系YZ平面上，且激光线扫相机4 扫描线平行于TCP的X轴。

进一步，支架壳体1与机器人连接法兰11的连接位置上设置有燕尾槽导向14，燕尾槽导向14与支架壳体1一体成型设置，机器人连接法兰 11通过内部的燕尾槽与支架壳体1上的燕尾槽导向14固定安装。

工作原理：机器人连接法兰11用于整个工具支架与机器人19的安装连接。根据不同型号的机器人19法兰尺寸，机器人连接法兰11会设计成相应安装孔位和尺寸，但是其与支架壳体间的连接设计均为统一尺寸的燕尾槽结构(见图示4)，满足了通用性设计。紧固连接板10可以固定在机器人连接法兰11上，支架壳体1安装时通过燕尾槽与机器人连接法兰11配合，并通过螺栓与紧固连接板10紧固，如此仅通过一个螺栓即可实现快速拆装。

2D相机及镜头3以及激光线扫相机4均安装在支架壳体1内，支架壳盖2与支架壳体1装配后将形成稳固的刚性结构，同时将相机本体保护在其内，切割工具8可以替换成焊接工具，通过不同的工具转接块9安装在支架壳体1上，同时这一安装是呈固定角度的，支架壳体1的对应安装面也会按照这些角度进行加工。其中角度30°，45°，60°通常用于焊接和切割开坡口，0°常用于切割和涂胶等。(见图3)同时，在存在角度(30°，45°，60°)的情况下，工具末端作用点(通常称工具坐标系 TCP)一般会置于机器人19六轴中心线上。

安装2D相机及镜头3时，其的中心点/轴在工具坐标系TCP的YZ平面上，这会为将来相机标定和TCP的矩阵转换带来极大的好处。同时在系统后期运行时意外导致工具变形时减少重新标定的概率，缩短现场系统恢复时间。环形光源5安装并围绕在2D相机及镜头3周围，减少拍照时补足环境光或是减少周围环境光亮暗不规律的影响。2D相机及镜头3通常用于对零件的位姿非精确识别，判定零件类型，数模比对等，为后面高精度寻位和机器人19引导提供基础数据依据。

激光线扫相机4用于对机器人19所要行走工艺轨迹的精确寻位。安装时中心点在工具TCP坐标系YZ平面上，并且扫描线是平行于TCP的X 轴的。其目的在于减少矩阵转换时的变量，同时简化实际应用时对相机的标定工作过程。此外，由于扫描面与最终工具工作姿态基本一致或成Z 向90°角，寻位路径和最终工艺路径的机器人19各关节位姿基本没有大变化，可以极大减少后期免试教编程或理论路径生成程序的复杂程度，大幅简化机器人19姿态可达性验证工作，并提高程序可靠性。

出于对于恶劣环境下对昂贵的激光线扫相机4的保护，除了直接设计有烟尘及飞溅挡板7之外，进一步增加了相机保护盖板6，相机不工作时自动由扣合气缸13关闭，成为封闭结构，使得完全覆盖住激光线扫相机 4表面。扣合气缸13是通过气缸安装座12安装在支架壳体1上的。同时支架壳体1内部充入略高于大气压强的压缩空气，确保盖板缝隙处行程一定气流隔绝烟尘侵害。对于2D相机及镜头3，由于远离工作区域，基本不受烟尘或飞溅影响，固不做额外的防护，只需要定期清洁即可。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架，包括工装台(16)和机器人(19)，其特征在于：所述机器人(19)一端的传动臂上安装有工具支架(15)，所述工具支架(15)包括支架壳体(1)和切割工具(8)，所述支架壳体(1)的内部设置有2D相机及镜头(3)、激光线扫相机(4)和环形光源(5)，所述支架壳体(1)的一端设置有紧固连接板(10)和机器人连接法兰(11)，工具支架(15)通过紧固连接板(10)和机器人连接法兰(11)与机器人(19)的传动臂适配连接，所述支架壳体(1)的一侧外壁上设置有两个工具转接块(9)，所述支架壳体(1)的上端安装有支架壳盖(2)，所述支架壳体(1)远离机器人连接法兰(11)的另一端设置有相机保护盖板(6)和烟尘及飞溅挡板(7)。

2.根据权利要求1所述的一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架，其特征在于：所述支架壳体(1)的一侧外壁上设置有气缸安装座(12)，所述气缸安装座(12)上安装有扣合气缸(13)，扣合气缸(13)的输出端通过活动连接件与相机保护盖板(6)活动连接。

3.根据权利要求1所述的一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架，其特征在于：所述工装台(16)的上端设置有工件(17)，工件(17)位于工具支架(15)的下方，所述工装台(16)的外部设置有防护围栏(18)，所述防护围栏(18)的内部设置有控制器(20)。

4.根据权利要求1所述的一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架，其特征在于：所述切割工具(8)通过工具转接块(9)与支架壳体(1)呈固定角度安装，固定安装角度为0°、30°、45°和60°，所述切割工具(8)的末端置于机器人(19)的六轴中心线上。

5.根据权利要求1所述的一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架，其特征在于：所述2D相机及镜头(3)的中心点在工具TCP坐标系YZ平面上，所述激光线扫相机(4)的中心点在工具TCP坐标系YZ平面上，且激光线扫相机(4)扫描线平行于TCP的X轴。

6.根据权利要求1所述的一种集成视觉及保护装置的机器人工具支架，其特征在于：所述支架壳体(1)与机器人连接法兰(11)的连接位置上设置有燕尾槽导向(14)，燕尾槽导向(14)与支架壳体(1)一体成型设置，所述机器人连接法兰(11)通过内部的燕尾槽与支架壳体(1)上的燕尾槽导向(14)固定安装。

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